FR2782164A1 - Detecteur de gaz optique a infrarouge - Google Patents
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Abstract
Dans ce détecteur, les détecteurs de rayonnement infrarouge qui servent de détecteur de rayonnement de référence (4) et de détecteur de rayonnement de mesure (6) sont constitués de minces couches d'un matériau partiellement transparent, qui émet un signal de mesure électrique qui dépend de l'intensité de rayonnement reçue, les détecteurs de rayonnement infrarouge sont empilés les uns sur les autres et un filtre à bande étroite, perméable dans la longueur d'onde de mesure, est respectivement intercalé entre eux, les détecteurs de rayonnement infrarouge situés sur les faces supérieure et inférieure sont, chacun, revêtus d'un matériau électriquement conducteur et un contact est établi entre eux, le détecteur de rayonnement de mesure suit, dans la direction de rayonnement, le détecteur de rayonnement de référence et le détecteur de rayonnement de référence (4), au moins en ce qui concerne une partie du rayonnement de mesure, est perméable dans la longueur d'onde de mesure.
Description
L'invention concerne un détecteur de gaz optique à infrarouge comprenant
au moins une source de rayonnement infrarouge et au moins
un détecteur de rayonnement infrarouge.
Un détecteur de gaz optique à infrarouge de ce type est décrit, par exemple, dans le document DE 197 13 928 C1 et contient particulièrement deux sources de rayonnement et deux détecteurs de rayonnement, ainsi que des concentrateurs optiques associés et un
fractionneur de rayons.
Un inconvénient important des détecteurs de gaz optiques à infrarouge, utilisés jusqu'à présent, est dû à la construction relativement complexe, avec des composants optiques, et aux frais que ceux-ci impliquent. Habituellement, pour compenser l'influence de la réduction d'intensité du rayonnement de la source de rayonnement, du fait de son vieillissement ou du fait de l'encrassement des surfaces optiques, on utilise deux longueurs d'ondes, à savoir une longueur d'onde de mesure et une longueur d'onde de référence. Dans ce cas, la longueur d'onde de mesure (rayonnement de mesure) est choisie de telle sorte que le signal de mesure associé, d'un détecteur de rayonnement infrarouge indique une relation caractéristique de la concentration du gaz à mesurer. D'autre part, la longueur d'onde de référence (rayonnement de référence) est choisie de telle sorte que le signal de référence mesuré subisse aussi peu que possible l'influence du gaz à mesurer. La construction géométrique du canal de mesure et de référence est conçue de telle sorte que le rayonnement, dans la plage de mesure et/ou d'absorption pour les deux canaux, emprunte
autant que possible la même trajectoire optique.
A l'intérieur d'une zone le plus souvent blindée, non influencée par le gaz à mesurer, le rayonnement est divisé en deux trajectoires optiques séparées pour le rayonnement de mesure et pour le rayonnement de référence, en particulier au moyen d'un fractionneur de rayons. La division des valeurs de signaux du canal de mesure et du canal de référence est censée éliminer l'influence des variations d'intensité de
rayonnement qui agissent sur les deux canaux, comme mentionné ci-
dessus, tandis que la variation du signal de mesure de l'absorption, sur un
spectre à bande étroite, par le gaz de mesure est conservée.
Les dispositifs de mesure que l'on utilisait habituellement jusqu'à présent, et les procédés de mesure qui leur sont associés présentent l'inconvénient de principe qu'une variation dans la géométrie de la répartition des rayons dans le canal de mesure et dans le canal de référence entraîne une dérive et/ou un détérioration du signal de mesure. A cela s'ajoute le fait que l'effet de mesure, c'est-à-dire la variation du quotient du signal du fait de l'absorption est souvent très faible de sorte que, par exemple dans le cas d'un détecteur de méthane, du fait de la précision exigée d'1 % par rapport à la limite inférieure d'explosibilité, ceci correspond à une divergence du quotient du signal de 0,5 %. De telles divergences du quotient du signal sont cependant également tout à fait possibles lorsque, par exemple, le fractionneur de rayons présent dans le dispositif optique ne garantit pas une répartition idéale du rayonnement sur les surfaces actives du détecteur de rayonnement de mesure et du détecteur de rayonnement de référence, ou lorsque, du fait du vieillissement de la source de rayonnement, on assiste à un déplacement de I'image de la source de rayonnement dans le plan du détecteur. Si la tache de rayonnement se déplace au-delà du bord de la surface active du détecteur, le signal du détecteur change. Une légère dissymétrie dans
l'éclairage entraîne ainsi une divergence indésirable du quotient du signal.
Des divergences semblables peuvent également être engendrées par les déformations thermiques de la structure du détecteur, par l'encrassement ou la présence de gouttes de liquide dans la trajectoire du rayon, par des secousses mécaniques ou du fait d'autres causes. En fin de compte, sont ainsi supprimées des fractions de rayons qui sont pondérées de façon
inégale dans le canal de mesure et dans le canal de référence.
On a recours à des mesures techniques coûteuses pour éviter ou réduire les influences décrites ci-dessus: ainsi, par exemple, le boîtier et la structure porteuse sont fabriquées en matériaux métalliques de qualité supérieure, on prévoit, lors de la fabrication, des ajustements de précision et des montures isogonales, ainsi que des réglages. En outre, ceci égalise les répartitions des intensités structurées, dans la surface active du détecteur, du fait d'une image floue et/ou du fait de la dispersion ciblée du rayonnement. On connaît également l'utilisation d'un seul élément formant détecteur, avec un disque de filtrage mobile placé dans la trajectoire du
rayon, avec différents filtres d'interférence.
L'invention a donc pour but de proposer une structure simple destinée à un détecteur de gaz optique à infrarouge perfectionné, émettant
des signaux de mesure plus stables.
Ce but est atteint, pour un détecteur de gaz optique à infrarouge, grâce au fait que a) les détecteurs de rayonnement infrarouge qui servent de détecteur de référence et de détecteur de rayonnement de mesure sont constitués de minces couches d'un matériau partiellement transparent, qui émet un signal de mesure électrique qui dépend de l'intensité de rayonnement reçue, b) les détecteurs de rayonnement infrarouge sont empilés les uns sur les autres et un filtre à bande étroite, perméable dans la longueur d'onde de mesure, est respectivement intercalé entre eux, c) les détecteurs de rayonnement infrarouge situés sur les faces supérieure et inférieure sont, chacun, revêtus d'un matériau électriquement conducteur et un contact est établi entre eux, d) le détecteur de rayonnement de mesure suit, dans la direction de rayonnement, le détecteur de rayonnement de référence et e) le détecteur de rayonnement de référence, au moins en ce qui concerne une partie du rayonnement de mesure, est perméable dans la
longueur d'onde de mesure.
Selon une variante d'exécution, a) les détecteurs de rayonnement infrarouge qui servent de détecteur de référence et de détecteur de rayonnement de mesure sont constitués de minces couches d'un matériau partiellement transparent, qui émet un signal de mesure électrique qui dépend de l'intensité de rayonnement reçue, b) les détecteurs de rayonnement infrarouge sont empilés les uns sur les autres et un filtre à bande étroite d'arrêt, dans la longueur d'onde de mesure, est respectivement intercalé entre eux, c) les détecteurs de rayonnement infrarouge situés sur les faces supérieure et inférieure sont, chacun, revêtus d'un matériau électriquement conducteur et un contact est établi entre eux, d) le détecteur de rayonnement de référence suit, dans la direction de rayonnement, le détecteur de rayonnement de mesure et e) le détecteur de rayonnement de mesure, au moins en ce qui concerne une partie du rayonnement de référence, est perméable dans la
longueur d'onde de référence.
Un avantage essentiel de la présente invention est apporté par la conception compacte, en couches, d'un dispositif à détecteurs multiples destiné à mesurer au moins deux longueurs d'ondes différentes, à savoir une longueur d'onde de référence et une longueur d'onde de mesure. Dans le cas le plus simple, le détecteur de gaz selon l'invention peut être conçu de telle sorte que la cuvette remplie de gaz de mesure est un tube intérieurement réfléchissant qui présente, sur une surface terminale, une source de rayonnement infrarouge à large bande et, sur l'autre face terminale, située à l'opposé, un dispositif à détecteurs multiples en couches selon l'invention. Sans autre élément optique produisant une image, on dispose ainsi d'un détecteur de gaz optique à infrarouge avec un signal de sortie stable. Le réflecteur cylindrique, c'est-à-dire la cuvette contenant le gaz de mesure, assure, dans ce cas, une meilleure intensité de rayonnement sur l'axe longitudinal médian de la cuvette contenant le gaz de mesure et, par conséquent, également dans la fenêtre d'entrée du dispositif à détecteurs multiples, qui est monté au centre de l'une des
surfaces terminales de la cuvette contenant le gaz de mesure.
Contrairement à la présente invention, un détecteur double, habituellement utilisé jusqu'à présent, comportant des fenêtres d'entrée juxtaposées, comporte des inconvénients, dans ce cas, du fait de la moindre stabilité, temporelle et géométrique, des surfaces de détecteurs actives éclairées, ainsi que de la réduction de l'intensité de rayonnement reçu, du fait qu'il n'est pas possible de disposer, de façon géométriquement identique, les deux détecteurs sur l'axe longitudinal médian de la cuvette de mesure. Les réflections multiples, sur la surface cylindrique de la cuvette contenant le gaz de mesure, entraînent une répartition des intensités du rayonnement, avec une valeur maximum sur l'axe longitudinal médian, et une brusque chute d'intensité à distance radiale. Ainsi, les surfaces de détecteurs, qui sont sensibles au rayonnement, se situent sur les flancs de cette répartion des intensités, de sorte que l'intensité de rayonnement mesurée dépend fortement de la
position des détecteurs de rayonnement infrarouge et de sa variation.
Selon un mode de réalisation préféré, au moins un détecteur de rayonnement à infrarouge est constitué en un matériau pyroélectrique, en particulier en un matériau choisi parmi le tantalate de lithium (LiTaO3), le niobate de strontium et de barium (SBN), le triglycine-sulfate (TGS), le titanate de plomb et de zirconium (PZT), le fluorure de polyvinylidène
(PVDF).
Avantageusement, au moins un détecteur de rayonnement infrarouge est constitué en un matériau semi-conducteur partiellement
transparent, en particulier en HgCdTe, en PbS, ou en PbSe.
De préférence, un filtre à bande étroite est placé, de façon supplémentaire, en amont du détecteur de rayonnement de référence, filtre qui est perméable dans le domaine spectral dans lequel se trouvent les
longueurs d'ondes de mesure et de référence.
De façon préférée, un filtre à bande étroite est placé, de façon supplémentaire, en amont du détecteur de rayonnement de mesure, filtre qui est perméable dans le domaine spectral dans lequel se trouvent les
longueurs d'ondes de mesure et de référence.
Avantageusement, au moins un détecteur de rayonnement infrarouge est équipé d'un filtre à bande étroite se présentant sous la forme d'une couche unique constituée en un polymère pyroélectrique à absorption d'infrarouge sélective naturelle, en particulier en fluorure de polyvinylidène
(PVDF).
Selon un mode d'exécution, le détecteur de rayonnement de mesure, équipé d'un filtre à bande étroite placé en aval, est constitué d'une couche unique en fluorure de polyvinylidène (PVDF), en particulier
comportant des hydrocarbures monomères ajoutés.
De façon avantageuse, l'épaisseur de couche des détecteurs de
rayonnement infrarouge est d'environ 1 à 30 micromètres.
De préférence, le détecteur de rayonnement de mesure est constitué en un matériau pyroélectrique et la surface d'entrée des rayons
est pourvue d'une couche absorbant les rayons.
Avantageusement, le détecteur de rayonnement infrarouge, au nombre minimum d'un, est espacé du filtre à bande étroite qui lui est associé et est placé en amont, par un entrefer ou par un matériau formant substrat, partiellement transparent, présentant une faible conductibilité thermique. Selon une forme de réalisation préférée, au moins un filtre à
bande étroite est un filtre d'interférence.
De façon avantageuse, au moins un filtre à bande étroite est un
filtre d'absorption.
Les détecteurs de rayonnement de mesure et de référence se présentent sous la forme d'une mince couche, partiellement transparente. Il peut s'agir, respectivement, d'une fine plaque ou couche, à faces planes et parallèles, en matériau pyroélectrique, qui présente de préférence, sur ses faces supérieure et inférieure, un revêtement transparent, électriquement conducteur, en contact. Des matériaux pyroélectriques adaptés sont, en particulier, les matériaux cristallins que sont le tantalate de lithium (LiTaO3), le niobate de strontium et de barium (SBN), le triglycine-sulfate (TGS), le titanate de plomb et de zirconium (PZT), le fluorure de polyvinylidène (PVDF). Il est également possible d'employer des semi-conducteurs utilisant I'effet photoélectrique intérieur comme preuve de rayonnement, comme ceci est le cas pour le HgCdTe, le PbS, ou le PbSe. Dans ce cas, la conception des éléments du détecteur et la mise en contact doivent
permettre le passage du rayonnement, sans occultation.
Les couches conductrices transparentes sont, en particulier, des couches métalliques d'une épaisseur d'environ quelques nm, ou des couches transparentes constituées, par exemple, en ITO (oxyde d'indium et d'étain). Entre deux couches est respectivement placé un filtre à bande étroite, qui vient encore resserrer le domaine spectral du rayonnement. Il est possible de disposer également, devant la première couche sensible aux rayonnements, un filtre à bande étroite laissant passer le domaine spectral
dans lequel se trouvent les longueurs d'ondes de mesure et de référence.
Les zones de perméabilité des filtres doivent être sélectionnées de telle sorte qu'elles se recouvrent dans au moins une partie. L'épaisseur de la première couche sensible aux rayonnements doit être conçue de telle sorte qu'une quantité suffisante de rayonnement soit aussi bien absorbée que transmise. Par polissage de matériaux cristallins comme le tantalate de lithium (LiTaO3), il est possible d'obtenir des épaisseurs de couche comprises entre 20 et 30,um. Des feuilles de fluorure de polyvinylidène (PVDF) d'épaisseur comparable font partie de l'état de la technique. Pour le triglycine-sulphate (TGS), on a obtenu des épaisseurs de couche à partir
d'1 /pm.
L'absorption du rayonnement dans la couche perméable est améliorée grâce au fait qu'un filtre à bande étroite, conformé, de préférence, en filtre d'interférence, placé en aval dans la trajectoire des rayons, réfléchit la fraction de rayons qu'il ne laisse pas passer. Cette fraction traverse à nouveau la première couche du détecteur et peut être absorbée. Si la structure comporte plus de deux détecteurs partiels, la
même chose s'applique aux détecteurs partiels suivants.
Dans le cas d'une couche de polymère en fluorure de polyvinylidène (PVDF), on constate une absorption sélective naturelle d'environ 3,3 pm, qu'il est possible d'augmenter encore grâce à l'addition de monomères d'hydrocarbures. Lorsque cette couche est la première couche dans le trajet optique, il est possible de mesurer les hydrocarbures de façon sélective, sans qu'il soit nécessaire de prévoir, en amont, une bande étroite correspondante. Cette couche extrait simultanément par filtration la partie du spectre du rayonnement que les hydrocarbures absorbent dans l'atmosphère. Ainsi, la couche de détecteur suivante reçoit la partie de rayonnement qui se trouve dans le trajet optique et est
largement indépendante des variations de concentration des hydrocarbures.
Il en résulte une forme d'exécution particulière de l'objet de l'invention.
La dernière couche présente dans la structure du détecteur permet une plus grande latitude de configuration. Dans le cas des couches pyroélectriques, la surface d'entrée peut être noircie, afin d'obtenir une absorption complète du rayonnement restant. Il n'est pas nécessaire que les électrodes soient transparentes. Il est également possible d'utiliser un détecteur à semi-conducteur complexe, avec jonction p-n et des structures
formant électrodes disposées sur la face arrière.
Lorsqu'on utilise des cristaux pyroélectriques pour chaque couche de détecteur, il convient de tenir compte de l'influence importante du champ thermique ambiant sur le signal. Un contact direct du cristal ou de la feuille avec un filtre à bande étroite induit un comportement nettement modifié par rapport à une couche non soutenue, en particulier dans la plage de faibles fréquences de modulation du rayonnement. Il faut ici que l'écart, en ce qui concerne la conductibilité thermique, entre le cristal pyroélectrique et l'atmosphère, soit conçu de telle sorte que la sensibilité de la couche soit optimale. Ce résultat s'obtient grâce au choix de matériaux adaptés, pour le substrat, présentant une faible capacité
thermique et une faible conductibilité thermique, ou grâce à un entrefer.
L'épaisseur de l'écart est comprise entre environ 0,3 et 1 mm.
L'ensemble de la structure en couches peut être logé dans un boîtier standard, dont l'ouverture d'entrée constitue un diaphragme pour le rayonnement qui rentre. La couche située le plus en haut de la structure peut servir de fenêtre d'entrée et cette couche, pour devenir étanche aux gaz, est collée ou brasée sur le boîtier. Le diaphragme sert, entre autres, à forcer chaque rayon de lumière qui rentre à traverser toutes les couches de la structure. Il est ainsi exclu qu'une fraction de rayon ne touche qu'un des détecteurs partiels et entraîne, en cas de variation, une dérive du quotient
du signal.
Afin de compenser l'influence de la variation des températures ambiantes, il est possible d'ajouter un ou plusieurs éléments pyroélectriques supplémentaires, dont les signaux sont utilisés comme contre-couplage. Afin d'éliminer une sensibilité au rayonnement, ces
éléments sont, de préférence, pourvus d'une surface en or.
Dans le cas d'un détecteur double destiné à mesurer du C02, la fenêtre de transmission prévue pour le filtre à bande étroite à l'entrée du
rayonnement (filtre de référence) peut recouvrir la zone sur 4,0 à 4,4 pm.
Le filtre suivant (filtre de mesure) recouvre alors les bandes d'absorption du CO2 sur environ 4,24 pm, avec une largeur de 100 à 200 nm. En alternative, les deux zones de perméabilité peuvent être sélectionnées de telle sorte qu'elles ne se recouvrent que dans la zone des bandes d'absorption du C02, le filtre de référence devant alors comprendre une
zone supplémentaire dans laquelle le C02 n'est pas absorbé.
L'épaisseur de couche des détecteurs de rayonnement à infrarouge selon l'invention est environ de 1 à 30 micromètres, I'épaisseur
de couche des filtres à bande étroite est environ de 0,3 à 1 mm.
En fonction des configurations spéciales de l'invention, les filtres à bande étroite sont, de préférence, soit des filtres d'interférence à zone de perméabilité étroite, soit des filtres d'interférence à zone d'arrêt étroite, soit des filtres d'absorption à zone d'absorption étroite. Par exemple, le filtre ou les filtre(s) à bande étroite selon la première forme de réalisation est/sont, de préférence, un filtre d'interférence à zone de perméabilité étroite, de sorte que, de façon idéale, seul le rayonnement de mesure, de longueur d'onde de mesure spécifique du gaz, parvient sur la couche suivante, qui constitue le détecteur de rayonnement de mesure. De façon correspondante, les deux autres formes de réalisation de filtres à bande étroite citées sont, de préférence, adaptées aux variantes de l'invention. La figure unique représente, de façon schématique, un dispositif formant détecteur, en couches, faisant partie d'un détecteur de gaz optique
à infrarouge selon l'invention.
Le dispositif formant détecteur est placé au centre, de façon symétrique à l'axe longitudinal médian du rayonnement (flèches) d'une source de rayonnement infrarouge, pénétrant par l'ouverture d'entrée 1
après avoir traversé le gaz de mesure dont il faut détecter la concentration.
Le dispositif formant détecteur est constitué de plusieurs couches parallèles qui sont disposées à l'intérieur d'un boîtier 2: Dans l'exemple d'exécution, un détecteur de rayonnement de référence 4 pyroélectrique, en couche mince, comportant un filtre à bande étroite 3 monté en amont, et un détecteur de rayonnement de mesure 6, placé dessous, ainsi qu'un filtre à bande étroite 5 disposé entre eux, sont empilés les uns sur les autres. Dans le présent exemple, le détecteur de rayonnement de mesure 6 est constitué en un matériau pyroélectrique et est noirci, dans la surface d'entrée des rayons, par une couche d'absorption 7, afin d'obtenir une absorption complète du rayon qui pénètre. Grâce aux lignes de contact 8 et 9, les signaux de sortie électriques des couches de détecteur sont envoyés aux amplificateurs 10 et 11, dont les signaux de sortie sont, à leur tour, évalués, dans un composant électronique d'évaluation 12, connu en soi, par calcul de quotient entre les signaux de référence et de mesure et sont enfin communiqués et affichés sous forme de valeurs de concentration du gaz
mesuré.
Claims (10)
1. Détecteur de gaz optique à infrarouge, comprenant au moins une source de rayonnement infrarouge et au moins un détecteur de rayonnement infrarouge, caractérisé en ce que a) les détecteurs de rayonnement infrarouge qui servent de détecteur de rayonnement de référence (4) et de détecteur de rayonnement de mesure (6) sont constitués de minces couches d'un matériau partiellement transparent, qui émet un signal de mesure électrique qui dépend de l'intensité de rayonnement reçue, b) les détecteurs de rayonnement infrarouge sont empilés les uns sur les autres et un filtre à bande étroite, perméable dans la longueur d'onde de mesure, est respectivement intercalé entre eux, c) les détecteurs de rayonnement infrarouge situés sur les faces supérieure et inférieure sont, chacun, revêtus d'un matériau électriquement conducteur et un contact est établi entre eux, d) le détecteur de rayonnement de mesure (6) suit, dans la direction de rayonnement, le détecteur de rayonnement de référence (4) et e) le détecteur de rayonnement de référence (4), au moins en ce qui concerne une partie du rayonnement de mesure, est perméable dans la
longueur d'onde de mesure.
2. Détecteur de gaz optique à infrarouge comprenant au moins une source de rayonnement infrarouge et au moins un détecteur de rayonnement infrarouge, caractérisé en ce que a) les détecteurs de rayonnement infrarouge qui servent de détecteur de rayonnement de référence (4) et de détecteur de rayonnement de mesure (6) sont constitués de minces couches d'un matériau partiellement transparent, qui émet un signal de mesure électrique qui dépend de l'intensité de rayonnement reçue, b) les détecteurs de rayonnement infrarouge sont empilés les uns sur les autres et un filtre à bande étroite d'arrêt, dans la longueur d'onde de mesure, est respectivement intercalé entre eux, c) les détecteurs de rayonnement infrarouge situés sur les faces supérieure et inférieure sont, chacun, revêtus d'un matériau électriquement conducteur et un contact est établi entre eux, d) le détecteur de rayonnement de référence (4) suit, dans la direction de rayonnement, le détecteur de rayonnement de mesure (6) et il e) le détecteur de rayonnement de mesure (6), au moins en ce qui concerne une partie du rayonnement de référence, est perméable dans
la longueur d'onde de référence.
3. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un détecteur de rayonnement à infrarouge est constitué en un matériau pyroélectrique, en particulier en un matériau choisi parmi le tantalate de lithium (LiTaO3), le niobate de strontium et de barium (SBN), le triglycine-sulfate (TGS), le titanate de
plomb et de zirconium (PZT), le fluorure de polyvinylidène (PVDF).
4. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon au moins l'une
des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un
détecteur de rayonnement infrarouge est constitué en un matériau semi-
conducteur partiellement transparent, en particulier en HgCdTe, en PbS, ou
en PbSe.
5. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon l'une des
revendications 1 et 3 ou 1 et 4, caractérisé en ce qu'un filtre à bande
étroite (3) est placé, de façon supplémentaire, en amont du détecteur de rayonnement de référence (4), filtre qui est perméable dans le domaine spectral dans lequel se trouvent les longueurs d'ondes de mesure et de
référence.
6. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon l'une des
revendications 2 et 3 ou 2 et 4, caractérisé en ce qu'un filtre à bande
étroite (5) est placé, de façon supplémentaire, en amont du détecteur de rayonnement de mesure (6), filtre qui est perméable dans le domaine spectral dans lequel se trouvent les longueurs d'ondes de mesure et de référence. 7. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon au moins l'une
des revendications 2, 3 ou 6, caractérisé en ce qu'au moins un détecteur
de rayonnement infrarouge est équipé d'un filtre à bande étroite se présentant sous la forme d'une couche unique constituée en un polymère pyroélectrique à absorption d'infrarouge sélective naturelle, en particulier en
fluorure de polyvinylidène (PVDF).
8. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon la revendication 7, caractérisé en ce que le détecteur de rayonnement de mesure (6), équipé d'un filtre à bande étroite placé en aval, est constitué d'une couche unique en fluorure de polyvinylidène (PVDF), en particulier comportant des
hydrocarbures monomères ajoutés.
9. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon au moins l'une
des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de
couche des détecteurs de rayonnement infrarouge est d'environ 1 à 30 micromètres. 10. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon au moins l'une
des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur de
rayonnement de mesure (6) est constitué en un matériau pyroélectrique et la surface d'entrée des rayons est pourvue d'une couche absorbant les rayons. 1il. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon au moins l'une
des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur de
rayonnement infrarouge, au nombre minimum d'un, est espacé du filtre à bande étroite qui lui est associé et est placé en amont, par un entrefer ou par un matériau formant substrat, partiellement transparent, présentant une
faible conductibilité thermique.
12. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un filtre à bande étroite est un filtre
d'interférence.
13. Détecteur de gaz optique à infrarouge selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un filtre à bande étroite est un filtre d'absorption.
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| DE10228929A1 (de) * | 2002-06-28 | 2004-01-15 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Anordnung zur Messung des Nitratgehaltes in Flüssigkeiten |
| JP3938147B2 (ja) * | 2003-04-08 | 2007-06-27 | 住友金属鉱山株式会社 | タンタル酸リチウム基板およびその製造方法 |
| US7044637B2 (en) * | 2003-09-04 | 2006-05-16 | Quartex A Division Of Primex, Inc. | Temperature measuring apparatus |
| ITRE20030032U1 (it) | 2003-12-19 | 2005-06-20 | Annovi Reverberi Spa | Pompa idraulica perfezionata |
| US7132657B2 (en) * | 2004-02-09 | 2006-11-07 | Sensor Electronics Corporation | Infrared gas detector |
| CN1943041B (zh) * | 2004-05-27 | 2012-05-16 | 佛文恩股份有限公司 | 垂直的滤色片传感器组 |
| DE102004028433B4 (de) * | 2004-06-14 | 2006-08-31 | Danfoss A/S | IR-Sensor, insbesondere CO2-Sensor |
| ES2318491T3 (es) * | 2005-04-29 | 2009-05-01 | Ministerio De Defensa | Procedimiento para tratamiento de detectores de infrarrojo de seleniuro de plomo no refrigerados y espectralmente selectivos. |
| TWI291021B (en) * | 2005-11-11 | 2007-12-11 | Ind Tech Res Inst | Apparatus for sensing plural gases |
| WO2010118749A1 (fr) * | 2009-04-17 | 2010-10-21 | Danfoss Ixa A/S | Détecteur de gaz avec regard de filtration |
| JP5580877B2 (ja) * | 2009-04-17 | 2014-08-27 | ダンフォス・アイエックスエイ・エイ／エス | 帯域通過フィルタを用いたセンサ |
| GB201000756D0 (en) | 2010-01-18 | 2010-03-03 | Gas Sensing Solutions Ltd | Gas sensor with radiation guide |
| DE102010015084B4 (de) * | 2010-04-15 | 2020-12-10 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Sensorteil für einen Infrarot-Sensor sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
| DE102010024378A1 (de) | 2010-06-11 | 2011-12-15 | Dias Infrared Gmbh | Kompakter 2-Kanal-Sensor mit hoher Strahlungsausbeute |
| US8785857B2 (en) | 2011-09-23 | 2014-07-22 | Msa Technology, Llc | Infrared sensor with multiple sources for gas measurement |
| DE102015208701A1 (de) * | 2015-05-11 | 2016-11-17 | Infratec Gmbh | Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung mehrerer unterschiedlicher Stoffe und/oder Stoffkonzentrationen |
| CN110036277B (zh) | 2016-03-10 | 2022-01-28 | 技术研究和发展基金有限公司 | 一种气体传感装置及一种气体感测方法 |
| EP3455612A1 (fr) | 2016-05-09 | 2019-03-20 | Infrasolid Gmbh | Dispositif de mesure et procédé pour détecter différents gaz et différentes concentrations gazeuses |
| WO2018119239A1 (fr) | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Cercacor Laboratories, Inc | Procédés et dispositifs pour détecter une intensité de lumière avec un détecteur translucide |
| CN109946259A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-28 | 翼捷安全设备（昆山）有限公司 | 一种单窗口双通道红外探测器及方法 |
| US11480519B2 (en) * | 2020-04-24 | 2022-10-25 | Honeywell International Inc. | Methods, apparatuses, and systems for improving gas detecting devices |
| CN111678881B (zh) * | 2020-06-22 | 2023-04-25 | 浙江工业大学 | 一种基于石墨烯红外发射单元的空气污染物检测仪 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3962578A (en) * | 1975-02-28 | 1976-06-08 | Aeronutronic Ford Corporation | Two-color photoelectric detectors having an integral filter |
| US4692622A (en) * | 1984-12-04 | 1987-09-08 | Fuji Electric Co., Ltd. | Infrared analyzer |
| EP0799650A2 (fr) * | 1996-04-04 | 1997-10-08 | SATAKE USA, Inc. | Détecteur optique pour installation de triage |
| DE19713928C1 (de) * | 1997-04-04 | 1998-04-09 | Draegerwerk Ag | Meßvorrichtung zur Infrarotabsorption |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2898800A (en) * | 1954-07-23 | 1959-08-11 | Bergson Gustav | Gas analyzing system of the radiant energy absorption type |
| DE1108459B (de) | 1955-09-16 | 1961-06-08 | Mudr Otakar Ruuzicka | Photokolorimetrischer Lichtabnehmer fuer Oxymeter |
| JPS60186512A (ja) * | 1984-03-07 | 1985-09-24 | Kureha Chem Ind Co Ltd | ポリテトラフルオルエチレン透明薄膜およびその製造法 |
| GB2164789B (en) * | 1984-09-19 | 1987-11-11 | Philips Electronic Associated | Pyroelectric infra-red detector |
| US5455421A (en) * | 1985-08-13 | 1995-10-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Infrared detector using a resonant optical cavity for enhanced absorption |
| GB2197753B (en) * | 1986-11-12 | 1990-01-24 | Philips Electronic Associated | Infrared radiation detection device |
| EP0304230A3 (fr) * | 1987-08-21 | 1989-12-20 | The British Petroleum Company P.L.C. | Procédé de mesure optique |
| DE3937141A1 (de) | 1989-11-08 | 1991-05-16 | Hartmann & Braun Ag | Nichtdispersiver infrarot-gasanalysator zur gleichzeitigen messung der konzentration mehrerer komponenten einer gasprobe |
| JPH05508911A (ja) | 1990-06-09 | 1993-12-09 | ユーヴィソル・リミテッド | 光検出器 |
| US5311019A (en) * | 1992-04-14 | 1994-05-10 | Loral Electro-Optical Systems, Inc. | Pyroelectric hybridized long-wave infrared laser radiation detector assembly |
| FI107194B (fi) * | 1996-03-14 | 2001-06-15 | Instrumentarium Oy | Kaasuseosten analysointi infrapunamenetelmällä |
| JP3482070B2 (ja) * | 1996-04-06 | 2003-12-22 | 株式会社堀場製作所 | 赤外線ガス分析計 |
| US5808350A (en) * | 1997-01-03 | 1998-09-15 | Raytheon Company | Integrated IR, visible and NIR sensor and methods of fabricating same |
-
1998
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3962578A (en) * | 1975-02-28 | 1976-06-08 | Aeronutronic Ford Corporation | Two-color photoelectric detectors having an integral filter |
| US4692622A (en) * | 1984-12-04 | 1987-09-08 | Fuji Electric Co., Ltd. | Infrared analyzer |
| EP0799650A2 (fr) * | 1996-04-04 | 1997-10-08 | SATAKE USA, Inc. | Détecteur optique pour installation de triage |
| DE19713928C1 (de) * | 1997-04-04 | 1998-04-09 | Draegerwerk Ag | Meßvorrichtung zur Infrarotabsorption |
Also Published As
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